邱荣海,成英燕,席 伟

(1.山东科技大学测绘科学与工程学院,山东 青岛 266590;2.中国测绘科学研究院,北京 100830)

利用GLOBK软件提高平差精度的策略

邱荣海1,2,成英燕2,席 伟1

(1.山东科技大学测绘科学与工程学院,山东 青岛 266590;2.中国测绘科学研究院,北京 100830)

本文针对GLOBK平差软件策略对提高解算精度问题,提出两个观点:一是对参考站先验坐标进行合理约束;二是合并周后平差。使用了25个分布较均匀的中国大陆构造环境检测网络基准站和国内及周边的12个IGS站。实验发现:当给X,Y,Z三方向上约束1 cm,平差结果较好。单天解平差的均方差在毫米量级,而周解的均方差在亚毫米级,周解平差精度高。

先验坐标;陆态网;基准站;单天解;周解

0 引言

全球卫星导航系统(global navigation satellite system,GNSS)测量数据处理是研究GNSS定位技术的一个重要内容[1-2]。选择好的数据处理策略和软件对GNSS测量结果影响很大[3-4]。文献[5]在关于陆态网基准站坐标与速度的文章中采用了陆态网项目研制的精密定位定轨数据处理软件PODAP对不到2 a的陆态网基准站数据进行解算,分析了部分站点的时间序列异常情况是来自于时间长度不等以及受地震影响的原因,并且只给出了单日解平差精度的情况,虽然满足了陆态网解算的技术指标,但是并非最佳精度。文献[6]在GLOBK软件中测站坐标先验约束设置探讨中写到关于选择最佳的约束值问题,本文在此基础上验证了坐标先验约束值选择问题。

本文采用由美国麻省理工学院(Massachusetts Institute of Technology,MIT)和美国加利福尼亚大学SCRIPPS海洋研究所(Scripps Institution of Oceanography,SIO)共同研制的用于定位和定轨的GNSS数据分析软件包—GAMIT/GLOBK[7-9]软件进行数据解算。为了得到更加精确的坐标值,探讨了参考站最佳的先验约束值,计算了单天解和周解平差结果,并进行了比较,选取精度最高的平差结果作为最终的坐标值。

1 GPS数据资料及数据处理方案

GAMIT软件的数据处理主要分为两个步骤:一是区域网的基线解算;二是区域网平差。站点的选择的好坏影响基线解算结果。本文在确保最佳的站点选择和基线解算的前提下,实现了单天解与周解平差结果的比较,确保实验的可靠性。

1.1 站点选择及分布

本文选取了25个陆态网基准站作为待求站,选用12个国内及周边分布均匀的IGS站为参考站进行联合解算,时间是从2005-01-01到2008-12-31四年的观测数据,站点名及其代码如表1所示:

表1 陆态网站点名及其代码对照

各个站点的分布如下图所示,红色五角星代表着12个IGS控制站,黑色圆点表示25个陆态网待求站,图中可以看出,控制站选择较均匀,分布在待求站四周,且各站之间距离较适中。

图1 站点分布图

1.2 数据处理方案

本文基线解算的步骤可参考文献[10]。对于基线解算得到的H文件,采用GLOBK软件进行网平差。

1.2.1 参考站先验参数设置及分析

GLOBK软件对参考站先验参数的设置在globk_comb_cmd控制文件中,可以使用apr_ site命令来指定笛卡尔坐标X、Y、Z的约束,也可以使用apr_neu命令来指定站心坐标N、E、U的约束,更可以通过设置约束值为“F”来直接固定某个测站。由于参考站的先验坐标精度较高,同时也是定义网平差的参考框架,所以对参考站施加紧约束,并选取了最佳的约束值作为最终的约束。

本文对其中9个参考站X、Y、Z坐标分量施加相同的约束,分别为1 cm、3 cm、5 cm和不约束四种情况,并将其平差结果与ITRF08框架下的9个站坐标进行比较。

从图2～图5可以看出,图2为不给约束的平差结果,与ITRF08公布值相差在1～2 cm左右。图3是各参考站约束在1 cm,与ITRF08公布值相差在1 cm以内,且绝大部分参考站都在5 mm左右,密合程度较好。当给参考站约束在3 cm时,如图4所示,平差结果与ITRF08公布值相差在1～2 cm之间,明显比约束1 cm时密合度差,图5给出的是当参考站约束5 cm,密合度更差,大部分都在2 cm左右,且URUM与USUD站在4 cm左右。

所以使用GLOBK软件对基线解进行平差时,要给参考站适当的紧约束,且发现当给约束值在1 cm时,密合度最好。

图2 参考站先验坐标无约束平差后残差结果

1.2.2 周解与单日解平差步骤及精度分析

单日解平差具体步骤如下:

(1)选择单日解的H文件,执行格式转换模块(htoglb模块),将GAMIT生成的H文件转换成二进制文件;

图3 参考站先验坐标约束1 cm平差后残差结果

图4 参考站先验坐标约束3 cm平差后残差结果

图5 参考站先验坐标约束5 cm平差后残差结果

(2)将松散约束下模糊度整数解做一个列表文件gdl,修改两控制文件,设置10个参考站的约束值1cm,选择区域网解,将IGS站添加到稳定控制站中,选择ITRF08框架下计算坐标[11]。

(3)执行坐标重复性检验glred命令,画出时间序列图,剔除某些站精度不好天数;

(4)执行globk平差,“globk 6 globk.prt globk.log gdl globk_comd_cmd”,即得到了单天解的平差结果。

合并周解进行平差,同样先执行1、2,3,4四步,在此基础上修改控制文件globk_comb_ cmd中的“out_glb H——SCAL.GLX”,将此行打开,修改列表文件,每行的尾端添加“+”表示合并,每七天合并成一周的H文件,执行glred进行合并,对合并后多个新H文件做新列表,用新列表H文件执行globk平差,即得到合并周解之后的平差结果。

在整网的平差过程中,参考站都约束在1 cm。图6与图7分别给出了部分站点单日解平差与周解平差在站心坐标系下和ITRF08框架下三个方向上均方差。从图6可以发现:站心坐标系下,单日解均方差水平方向上在1 mm左右,高程方向上在2 mm以内。周解均方差水平方向上优于0.3 mm,高程方向上优于0.5 mm。由图7可以看出:在ITRF08框架下,单日解大部分测站三个方向的均方差在2 mm左右,周解均方差优于0.5 mm;精度(内符合精度)得到了很大的提高。

图6 站心坐标系下单天解与周解均方差比较

图7 ITRF08框架下单天解与周解均方差比较

2 结束语

(1)GLOBK软件中是采用卡尔曼滤波的算法进行平差的,在计算之前需给先验参数设置先验值,参考站的先验约束用于定义网平差的参考框架的,必须给予紧约束值,通过比较发现:当X、Y、Z三个方向约束会随着约束值增大,平差值与ITRF08框架下的值密合程度越差,当约束值设置为1 cm时,平差效果最好。

(2)本文比较了单日解与周解平差精度,实验发现:在ITRF08框架下,单日解平差测站三个方向X、Y、Z均方差在2 mm左右,周解均方差在0.5 mm以内;站心坐标系下,单日解均方差水平方向上在1 mm左右,高程方向上大约2 mm,而周解均方差水平方向上优于0.3 mm,高程方向上优于0.5 mm,无论是ITRF08框架还是站心坐标系下,合并周解后的平差结果精度都要比单日解平差结果的精度高一个量级。因此,在进行网平差时,采用合并周解后的平差结果精度更高,解算数据结果的可靠性越强。

[1] 党亚民,秘金钟,成英燕.全球导航卫星系统原理与应用[M].北京:测绘出版社,2007:179-189.

[2] 张小红,李征航.卫星导航定位新技术及高精度数据处理方法[M].武昌:武汉大学出版社,2013:146-166.

[3] 鄂栋臣,詹必伟,姜卫平,等.应用GAMIT/GLOBK软件进行高精度GPS数据处理[J].极地研究,2005,17(3):174-182.

[4] 郭敏,金蕾.不同软件对CORS站数据进行处理的比较与分析[J].全球定位系统,2009,34(1):46-49.DOI:10.13442/j. gnss.2009.01.010.

[5] 刘光明,唐颖哲,吴富梅,等.陆态网基准站的坐标和速度[J].大地测量与地球动力学,2012,32(增刊1):53-56.

[6] 田建波,刘新江,陈勤勤.GLOBK软件中测站坐标先验约束设置探讨[J].海洋测绘,2013,33(1):49-52.

[7] Department of Earth,Atmospheric,and Planetary Sciences Massachusetts Institute of Technology.GAMIT reference manual,release 10.6[EB/OL].[2014-06-21].http://www-gpsg.mit.edu/～simon/gtgk/GAMIT_Ref.pdf.

[8] Department of Earth,Atmospheric,and Planetary Sciences Massachusetts Institute of Technology.GLOBK reference manual,release 10.6[EB/OL].[2014-06-21].http://www-gpsg.mit.edu/～simon/gtgk/GLOBK_Ref.pdf.

[9] Massachusetts Institute of Technology.Documentation for the GAMIT GPS analysis software[EB/OL].[2012-12-25]. http://www-gpsg.mit.edu/～simon/gtgk/GAMIT.pdf.

[10]赵建三,杨创,闻德保.利用GAMIT进行高精度GPS基线解算的方法及精度分析[J].测绘通报,2011(8):5-8.

[11]成英燕.ITRF08框架简介[J].大地测量与地球动力学,2012,32(1): 47-50.

Research on Improving Accuracy of Adjustment in GLOBK

QIU Ronghai1,2,CHENG Yingyan2,XI Wei1
(1.Geomatics College,Shandong University of Science and Technology,Qingdao 266590,China; 2.Chinese Academy of Surveying and Mapping,Beijing 100830,China)

How to improve the accuracy of adjustment in GLOBK?I make two plain views:Frist,appropriate constraints should be imposed on the apriori coordinates of reference sites.Second,week solution should be used.Applying correlative data of 25 base stations from Crustal movement observation network in China and 12 IGS stations.It is found that:when constraint value is 1mm in X,Y,Z directions of reference sites,the result of adjustment is better.The mean square error of day solution is millimeter grade.The mean square error of week solution is sub-millimeter grade.The accuracy of week solution is higher.

apriori coordinates;crustal movement observation network in China;base stations;day solution;week solution

P228

A

2095-4999(2015)-04-0100-04

2014-10-18

国家自然科学基金(41374014);国家863计划(2013AA122501);中国测绘科学研究院基本科研业务费(7771405);数据处理中心(GFZX0301040308-06)。

邱荣海(1990—),男,安徽宣城人,硕士生,主要研究数据处理、GPS时间序列分析。

邱荣海,成英燕,席伟.利用GLOBK软件提高平差精度的策略[J].导航定位学报,2015,3(4):100-103.QIU Ronghai,CHENG Yingyan,XI Wei.Research on Improving Accuracy of Adjustment in GLOBK[J].Journal of Navigation and Positioning,2015,3(4):100-103.

10.16547/j.cnki.10-1096.20150419